陳棟強

[內(nèi)容摘要]物理是一門實驗學科，遠到伽利略，近到丁肇中，無一不是因為實驗才能推動物理學科的前進和發(fā)展?！皩嶒灐币恢笔俏锢淼拇~，核心素養(yǎng)下，通過實驗的改進和創(chuàng)新，使學生在實驗中感受物理學科的魅力，促進學生物理學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

關鍵詞： 核心素養(yǎng)? ?高中物理實驗? ?改進和創(chuàng)新

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A

一、問題的提出

物理學科的核心素養(yǎng)包括：物理觀念、科學思維、科學探究和科學態(tài)度與責任。而實驗作為一個載體，能在多方面促進學生核心素養(yǎng)的發(fā)展，實驗教學就顯得至關重要。一個完整的實驗教學，能提高學生的分析綜合、推論論證能力;能讓學生區(qū)進行假設與猜想，設計實驗并獲取和處理信息，基于證據(jù)得出結論和對結果分析、反思和質(zhì)疑。還能讓學生對科學和技術有正確的態(tài)度和責任感。

但想要真正的把實驗教學做好，教師在實驗教學過程中還有很多方面需要進一步優(yōu)化，筆者在十幾年的物理教學過程中，總結出以下三個在實驗教學過程中比較典型的問題：

1.物理實驗內(nèi)容的單調(diào)

情境1：必修1的第三章《摩擦力》中對滑動摩擦力f的大小研究，教材中表述的“通過進一步的定量實驗，結果表明滑動摩擦力的大小跟壓力的大小成正比”，教材并沒有提供具體的實驗過程，而只是提供了一個實驗模型的示意圖，并不能讓學生“心服口服”，失去了一個提高學生核心素養(yǎng)的機會。

分析：對于教材上的一句話，一段文字，教師的選擇會影響學生對該知識的掌握，也決定了科學探究這一核心素養(yǎng)的主要內(nèi)容是否能落地。但是很多教師在處理這個問題的時候，可能最多做個定性實驗，讓學生感受到滑動摩擦力和接觸粗糙程度、所受正壓力有關，但是實驗內(nèi)容單調(diào)，實驗過程也過于簡單，很多學生在教師做之前就知道結果是怎么樣的，難以吸引學生的興趣。

2.實驗教學模式的陳舊

情境2：在必修1的力學實驗中，這個實驗模型非常重要，如圖1，該裝置很多實驗都可用，比如：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律，探究小車加速度與質(zhì)量、力的關系，探究做功與物體速度變化關系，驗證機械能守恒等等。但是學生經(jīng)常會被“是否要平衡摩擦力”“小車質(zhì)量是否要遠大于懸掛物的質(zhì)量”這兩個問題所難倒。甚至連“怎么平衡摩擦力”“是否每次改變質(zhì)量都需要重新平衡摩擦力”等問題也會犯難。

分析：教師的演示實驗只是教師在臺上講和做，學生在臺下看，誠然這樣做能使學生獲得一定的感性認識，但根本無法替代學生的自身活動，觀察能力、獨立思維能力和探索能力的培養(yǎng)形同虛設。學生實驗也大多當作了驗證性實驗，探究性成分和自我設計成分幾乎沒有。在實驗安排上，章節(jié)獨立的實驗多，綜合性實驗、設計性實驗少，實驗內(nèi)容范圍窄，與生活及生產(chǎn)實際結合得不夠緊密。

3.實驗教學變味

由于部分物理教師的實驗心和責任感不足，實驗意識較低，對實驗教學不夠重視，雖然實驗器材不足是客觀原因，但現(xiàn)有器材未充分利用，有些教師甚至連教材中安排的學生實驗都不做，直接“在黑板上講實驗”，學生“用復習資料背實驗”。更有甚者，利用多媒體實驗，即學生通過投影、多媒體等“看實驗”，甚至還未做過實驗，就讓學生用筆去“做實驗”，直接把原理、步驟、數(shù)據(jù)處理等全部用文字灌輸，學生在這種模式下更不不清楚為什么要做這個實驗，為什么要這樣設計，為什么要這樣處理數(shù)據(jù)，實際操作過程會出現(xiàn)什么問題等等，使實驗教學在“應試”的泥潭里越陷越深。

二、實踐與探究

1.增加接近生活的實驗案例，提升學生對物理實驗的探究欲望

案例1：在電磁感應的應用中，渦流是比較抽象的一種現(xiàn)象，為了讓實驗更加貼近生活，提高學生對渦流的印象和原理的理解，教師在上課的時候可以將電磁爐搬到教室進行授課。步驟1：將一只鐵碗放置在電磁爐上面，觀察里面的水的情況（可以看熱氣），同時邊上放置一個塑料碗，看看里面的水的情況（可以用手指試溫，提升學生的興趣），然后讓同學思考原因，發(fā)現(xiàn)問題，提出假設。步驟2：拆開電磁爐，觀察里面的構造，思考為什么能加熱，利用的是什么原理，熱的是電磁爐的表面還是鐵碗本身。步驟3：增加一些趣味的拓展，比如用電磁爐使小燈泡發(fā)光，甚至給手機充電等。

這樣接近生活的實驗案例，可以有效的提升學生的探究欲望，從而增強學生的實驗探究意識，促使學生在學習和日常生活中發(fā)現(xiàn)問題、提出合理猜測與假設。

2.定性改定量，增加學生實驗探究機會，提升實驗方案設計能力，增強證? ?據(jù)獲取意識和能力。

案例2： 在滑動摩擦力的大小這個問題的研究中，教材并沒有準備實驗，如果加入對滑動摩擦力大小的定量分析，有助于學生對f=μFN公式的理解和應用。

如圖3是教材提供的實驗模型，但是這個實驗在操作中會遇到很大的問題。首先，拉力大小為摩擦力大小的條件是平衡條件，但是操作者沒辦法保持勻速;其次，操作者讀數(shù)會非常困難。如圖4，將彈簧測力計固定，移動下方木板，根據(jù)受力分析，木塊不動則處于平衡狀態(tài)，木塊所受滑動摩擦力即為彈簧的彈力。進一步如圖5，將圖4的彈簧測力計改成力傳感器，就可以將定性實驗改成定量實驗，將小木快的質(zhì)量測量出來，即為接觸面上受到的正壓力，同時，力傳感器可以記錄下每一時刻的彈力（滑動摩擦力），并改變接觸材料，研究不同粗糙程度下的力的變化。最后可以在相同的粗糙程度和相同的壓力情況下，讓木塊的不同接觸面著地，直接觀察滑動摩擦力的大小有無變化。如圖6，利用excel表格作圖可以得到f和FN的關系，進而得出他們的關系。

通過將定性實驗改成定量實驗，增加學生實驗探究機會，提升實驗方案設計能力，增強證據(jù)獲取意識和能力。

3.引進實驗工具和手段，強化信息收集意識，提高實驗興趣

案例3：在自由落體運動這一節(jié)中，測重物的自由落體加速度是這節(jié)課的重中之重，實驗教學中可以采取常規(guī)方法，利用打點計時器打點后處理數(shù)據(jù)得到結論，也可以利用傳感器，利用光電門測速度后進數(shù)據(jù)處理，還可以使用手機的APP軟件Sensor Logger，讓手機自由下落，利用手機自帶的加速度傳感器測量手機在下落過程中的加速度。

在這實驗教學過程中，不光使用了傳統(tǒng)的實驗工具測量，還利用了傳感器和光電門、手機等工具，強化了學生信息收集的意識，提高學生的實驗興趣。

4.充分利用實驗結果，分析實際問題，增強質(zhì)疑意識

案例5：在《重力和彈力》這一節(jié)中，有一個學生實驗：探究彈力大小和生長量之間的關系。人們很容易形成一個認識：彈簧的彈力是和它的形變量成正比額。這時教師可以拿出一根橡皮筋，通過對剛才的結論：彈簧的彈力是和形變量成正比的，那么橡皮筋的拉力和形變量成正比嗎？因為橡皮筋和彈簧一樣具有很大的形變幅度，另外，和鐵絲一樣，在受力后所產(chǎn)生的形變屬于“拉伸”形變，所以學生基本認為橡皮筋的拉力和形變量成正比。然而，通過對實驗結果的思考和理性分析，引導學生對上述猜想提出質(zhì)疑——鐵絲的拉力為什么和形變量成正比，引導學生去探索背后的原因——因為鐵絲受不同拉力時，橫截面積基本沒變，那么就可以認為拉力大小的改變引起了長度的改變。但是橡皮筋一旦受到拉力，橫截面積會有顯著的變化，當拉伸量巨大時，橫截面積減小，這時單位橫截面積的受力遠遠大于原來的。接下去就是讓學生進行方案的設計和操作，并最后得出結論。

通過這個案例，啟發(fā)學生用學過的的物理知識觀察周圍的物理現(xiàn)象，增強對物理規(guī)律應用的敏感性，增強學生對經(jīng)驗性結論進行質(zhì)疑的能力，增強其反思意識，激發(fā)學生以物理學視角觀察周圍世界的熱情。

5.充分利用教師的主導作用，增強學生設計實驗探究方案和獲取證據(jù)的能力

案例6：在恒定電流章節(jié)中，比較重要的實驗就是利用電路的連接去測量一些物理量，特別是其中有兩種測電阻的接法——“分壓式”和“限流式”，首先教學中利用“引導式”教學方法，想要測量一個電阻的阻值，需要哪些儀器，這些儀器需要怎么連接？讓學生設計測量阻值的電路圖，然后連接電路去進行實驗的測量，并得出數(shù)據(jù)，如圖8。

此時引導學生，我們通過剛才的實驗確實得出了結論，但是在1.2V之前是沒有數(shù)據(jù)的的，那么我們怎么樣可以讓測量的范圍更大一點，讓結論更具有說服力？繼續(xù)讓學生進行實驗設計，在學生遇到困難的時候教師給予適當?shù)囊龑?，最終得出另一種接法如圖9。通過這次實驗，學生能充分體會到分壓式的優(yōu)勢，以及它適用的范圍。從掌握的角度上講，效率更高。

教師通過“問題導引式”教學改變實驗的主體，并不是教師灌下去，而是學生自己去思考解決問題的方法，在引導過程中，要注意循序漸進，能讓學生感受到問題解決的過程，和解決問題之后的滿足感和自豪感，增強學生設計實驗探究方案和獲取證據(jù)的能力。

通過增加接近生活的實驗案例，引進實驗工具和手段，使實驗內(nèi)容不再單調(diào);通過將定性實驗改成定量實驗，改進陳舊的實驗模式;通過質(zhì)疑實驗結果在生產(chǎn)生活的解釋和教師的問題引導式教法來增加學生實驗探究機會，提升實驗方案設計能力，增強證據(jù)獲取意識和能力，使實驗教學不再變味。

參考文獻

[1].何正海;《中學物理（高中版）》;2015-02-01

[2]. 黎國勝;《教育科學論壇》;2016-10-30